微-介觀尺度薄板成形回彈尺度效應(yīng)研究.pdf

1、近年來(lái)，人們對(duì)于產(chǎn)品微型化、集成化、智能化的要求來(lái)越來(lái)高。這些要求加速了精密機(jī)械和電子工業(yè)的飛速發(fā)展，微型產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于汽車、電子通訊、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、微系統(tǒng)技術(shù)（MST）、生物醫(yī)療、航空航天等領(lǐng)域中，各類微型零件的市場(chǎng)需求也與日俱增。其中，具有微細(xì)特征的金屬薄板結(jié)構(gòu)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如燃料電池極板、微反應(yīng)器、微散熱器等。如何高效穩(wěn)定地制造這類零件已經(jīng)成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
　　微細(xì)薄板成形技術(shù)是一種利用塑性加

2、工方法成形兩維方向上尺寸處于亞毫米級(jí)別的薄壁零件或結(jié)構(gòu)的技術(shù)，因具有材料利用率高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品力學(xué)性能好的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于金屬微型零件的生產(chǎn)中。但是，由于金屬的塑性成形中必然包含彈性變形部分，所以在卸載之后不可避免的會(huì)發(fā)生回彈現(xiàn)象，使零件的成形精度降低。薄板成形零件的回彈量受到很多因素的影響，特別是當(dāng)零件的尺寸減小到微/介觀尺度時(shí)，回彈特性更加復(fù)雜，表現(xiàn)出顯著的尺度效應(yīng)現(xiàn)象，使得宏觀成形中的回彈理論模型難以精確預(yù)測(cè)微細(xì)薄板成形的回

3、彈量，導(dǎo)致零件尺寸超差嚴(yán)重。本文以微/介觀尺度純銅薄板彎曲成形的零件回彈為研究對(duì)象，對(duì)薄板力學(xué)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試與建模分析；并通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真的方法，探究了尺度效應(yīng)對(duì)于純銅薄板微彎曲回彈的影響規(guī)律。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　1)純銅薄板的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究
　　首先通過(guò)熱處理工藝實(shí)驗(yàn)，探究了保溫溫度、保溫時(shí)間對(duì)材料晶粒尺寸的影響規(guī)律。針對(duì)厚度為0.1mm、0.2mm、0.4mm的純銅薄板，分別制備了小、中、大

4、三種晶粒尺寸的單軸拉伸試樣。通過(guò)單軸拉伸實(shí)驗(yàn)獲得了不同尺度的薄板的流動(dòng)應(yīng)力曲線，綜合考慮材料厚度、晶粒尺度的表面層效應(yīng)，建立了介觀尺度薄板材料流動(dòng)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系模型，通過(guò)單軸拉伸仿真模擬與實(shí)驗(yàn)的對(duì)比驗(yàn)證了模型。最后利用納米壓痕實(shí)驗(yàn)測(cè)定了不同規(guī)格薄板的彈性模量，并發(fā)現(xiàn)屈服強(qiáng)度隨著板厚的減小呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。
　　2)薄板微彎曲回彈尺度效應(yīng)與數(shù)值建模
　　開發(fā)了薄板微彎曲實(shí)驗(yàn)的模具，搭建彎曲成形實(shí)驗(yàn)及回彈測(cè)試系統(tǒng)。開展了介觀

5、尺度彎曲回彈實(shí)驗(yàn)，分析了試樣厚度、晶粒、成形角度、晶粒尺寸/厚度比值對(duì)回彈角的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)回彈角隨著試樣厚度的減小而增大，且厚度越小，回彈角增大的趨勢(shì)越明顯；回彈角隨試樣晶粒尺寸的增大而減??；回彈角隨著成形角度的增大而增大，當(dāng)板厚越厚，或者晶粒尺寸越大時(shí)，這種趨勢(shì)變得越不明顯；當(dāng)板厚不變時(shí)，回彈角隨厚度/晶粒尺寸比值的增大而增大，厚度對(duì)于回彈角的影響起到主要作用。
　　建立了考慮表面層效應(yīng)的薄板微彎曲回彈有限元仿真模型，定量計(jì)算